淺談船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度

韓余賀

摘 要：在船舶的結(jié)構(gòu)開發(fā)、生產(chǎn)以及應用的過程當中，工作人員為了能夠?qū)⑵浞€(wěn)定性和安全性提升上去，都必須對船舶的結(jié)構(gòu)進行有效的評價，而伴隨著如今海洋工程行業(yè)的不斷發(fā)展與進步，對于船舶的生產(chǎn)也提出了更高的要求。為了全面的保障海洋工程的安全性，應該使用進強度比較高的建設(shè)材料，而這也是保證質(zhì)量的有效依據(jù)。本文就對船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限其強度進行分析，供參考。

關(guān)鍵詞：船舶;海洋工程結(jié)構(gòu);極限強度

在實際的施工過程當中，必須考慮到船舶的安全性和強度，假如在運行的時候，船舶出現(xiàn)了擱淺現(xiàn)象，若船舶沒有較好的強度，就會導致船舶沒有辦法承受巨大的沖擊或撞擊而出現(xiàn)故障，因此，為了徹底解決這一問題，就必須對船舶和海洋工程的結(jié)構(gòu)強度進行精確的計算。

一、海洋工程結(jié)構(gòu)極限的具體狀態(tài)

船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)有一個比較明顯的表示方式就是，總體結(jié)構(gòu)遭到破壞和崩潰，而這和結(jié)構(gòu)的強度有著直接的關(guān)系，也和其承載能力有著很大的聯(lián)系，一般情況下，成本的外殼中包含了飛機的機身，和潛艇的外表，其荷載一般都存在于薄膜之上，對于這樣的結(jié)構(gòu)框架，其極限荷載一般都可以直接用對應的公式去計算出來，也可以進行大致的估算。但是，因為船舶和海洋工程的結(jié)構(gòu)當中，有很多的零件和小部件，這些都是實現(xiàn)船舶與海洋工程結(jié)得以運行的重要組成部分。這些部件都承擔著非常大的彎矩，再加上在運行的時候會受到很多外力的干擾，有的部件難免會受到損傷，這樣一來，就使得部件的強度受到了影響。但是，因為這樣的損傷并不是在一瞬間就造成的，需要一定的時間，其斜率也不會在短時間內(nèi)降到零，所以，船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)當中的一些部件還是可以繼續(xù)承擔受力。隨著運行時間的增長，損傷程度也會漸漸增加，其斜率也會上升，當達到?jīng)]有辦法承擔的量時，結(jié)構(gòu)就會坍塌。這個時候，把船舶和海洋工程當中部件的幾何和非線性材料所生產(chǎn)的影響考慮進去的話，就可以使用到對應的荷載量上，增強原本的荷載量，再把原先就存在的結(jié)構(gòu)模型進行了優(yōu)化，并同時將部件的損傷情況具體考慮進去，工作人員就可以得到一個較為完整且具體的極限強度數(shù)值。

二、船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度的逐步破壞法

1.分段模型的建立。在船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的極限強度的計算上，我國有關(guān)部門使用最多的就是逐步破壞法，而建立分段模型是首先要做的，一般，在對模型進行研究的時候，一次只可以對一個分段模型進行設(shè)計，而當分段模型出現(xiàn)崩潰的時候，一次也只可以對一個分段模型的崩潰情況進行研究。在對詳細的分段模型進行選擇的過程當中，工作人員要注意的是，要保證所選中的分段模型處于不正常的狀態(tài)下，因為只有這樣，才能夠在短時間內(nèi)判斷出該分段出現(xiàn)損壞的具體位置。在對船舶模型建立的時候，因為其是由角單元和加筋板單元構(gòu)成的，在每一個單元和單元之間又包含了很多個小的構(gòu)成部件，而這也意味著整個模型構(gòu)建過程是比較復雜且繁瑣的，工作人員必須擁有非常足夠的經(jīng)驗，才可以完成其模型構(gòu)建任務(wù)。一般情況下，在實驗模型的時候，第一個出現(xiàn)癱瘓的部位就是加筋板單元，在對對應的分段模型全部建立完成之后，這些分段模型大約是在強制面壓縮的情況下得以運算的，而在這種情況下，工作人員才能夠準備的計算出加筋板單元的非線性最大強度。

2.分段的基本設(shè)定。在船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)分段模型的設(shè)計上，不管是使用任何一種方法，其彎矩斜率都會有所影響，而在使用任何一種方法的時候都必須和彎矩斜率有所聯(lián)系，當外部的斜率增強的時候，單元模塊也會受到影響，其也會隨著橫斷面的深入而發(fā)生變化，本文提出了四種分段的基本設(shè)定，具體如下：第一，是對平斷面的設(shè)定，如果說船舶的橫斷面有斜率變化，那么能夠確定的是，橫斷面的變化會跟隨深度的方向而改變，其線性分布也會發(fā)生變化;第二，假如船舶的橫斷面有所損傷，而這些損傷主要是出現(xiàn)子在兩個框架之間的，那么也就意味著這兩個框架之間的隔板可能產(chǎn)生了壓縮現(xiàn)象，應當進行及時的補救;第三，當船舶整個不具有穩(wěn)定性的時候，其局限性會比框架之間的崩潰應力大;第四，船舶增強筋的傾斜力也應該比崩潰應力大。

3.破壞法的計算流程。在逐步破壞法的計算上，主要可以分成兩個流程，即休斯法與有限元法，首先，休斯法就是指的通過對公式的計算，以及對船舶加筋板單元的研究，發(fā)生其中存在的實際應力和應變關(guān)系之后，再對海洋工程結(jié)構(gòu)中的所有部件實際狀況進行計算，得出造成故障出現(xiàn)的主要原因。工作人員需要把模型劃分成為大部分的加筋板單元和角單元，這樣有助于工作人員得到準確的應力和應變關(guān)系數(shù)據(jù)。然后，工作人員要選擇一個損傷比較明顯的加筋板單元，并對所有的單元應變能力進行計算，在對船舶斷面力平衡方程創(chuàng)立之后，工作人員就能夠更為明確的將所有的單元應變能力計算出來。隨后，工作人員需要進行疊加計算，因為疊加計算能夠增強彎矩計算的精準度，在經(jīng)過完整的計算之后，工作人員可以和之前的總彎矩數(shù)值進行對比，從而得到最后的船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度值。其次，有限元法主要是對船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的極限強度進行計算的，在船舶的加筋板單元產(chǎn)生任何的損傷之后，就會出現(xiàn)比較嚴重的變形或者是較大的撓度，其應力以及應變關(guān)系等都會將其非線性關(guān)系的復雜性表現(xiàn)出來，而船舶材料的非線性等對于加筋板單元非線性而言有著比較嚴重的影響。正常情況下，在所構(gòu)建出來的模型加筋板單元當中，其外表和取向都會產(chǎn)生巨大的變化，從而使得模型中的加筋板剛度會出現(xiàn)一定的改變。不僅如此，船舶與海洋工程的結(jié)構(gòu)建設(shè)過程當中，最為關(guān)鍵且主要的環(huán)節(jié)就是材料的使用，通常都是使用的金屬材料，但是，因為金屬本來就有著塑性的特征和優(yōu)點，這能夠給船舶的結(jié)構(gòu)、外表構(gòu)造帶來比較大的好處，比如，金屬的塑造性使得船舶在受到?jīng)_擊或者撞擊的時候都不容易變形。工作人員在進行計算之后，需要將一部分的非線性特征加入到非線性研究范疇之內(nèi)，從而對一些比較復雜的非線性對象進行合理且科學的研究。在對非線性進行研究的時候，最常用到的方法有牛頓-拉普森法、弧長法等等，對于這些非線性框架的研究上，必須要對近似線性方法進行合理的實施才可以對其進行完整的處理，在我國實際的研究過程當中，最常見也最常用的處理方法就是牛頓—拉普森方法，在經(jīng)過改善之后，也出現(xiàn)了牛頓迭代方法。而在研究的時候，使用進牛頓一拉普森方法可以對船舶與海洋工程的荷載與斜率進行計算，當出現(xiàn)的斜率比較大時，還可以進行一定的收斂。工作人員也應用進了牛頓迭代方法，這種方法也有著一定的作用，能夠在實踐中提供比較好的途徑。

三、結(jié)語

在船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度的研究上，工作人員需要建構(gòu)出完整的分段模型，并對分段模型進行有針對性的研究與分析，這有助于工作人員對具體的故障、損傷部位進行判斷，并精確定位，可以應用進逐步破壞這一方法來對模型的極限強度進行計算。在逐步破壞法之中又包含了即休斯法和有限元法，利用這一方法，來有效的促進船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，并漸漸促進其行業(yè)的發(fā)展與進步。

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